دانلود پایان نامه ارشد: بررسی تحلیلی و عددی فرآیند بالج آزاد گرم لوله آلومینیومی

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی مكانیك

گرایش :ساخت و تولید

عنوان : بررسی تحلیلی و عددی فرآیند بالج آزاد گرم لوله آلومینیومی

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد خمینی شهر

دانشكده مكانیك

 

پایان نامه برای دریافت درجه كارشناسی ارشد M.Sc

گرایش مهندسی مكانیك- ساخت و تولید

بررسی تحلیلی و عددی فرآیند بالج آزاد گرم لوله آلومینیومی

استاد راهنما:

دكتر حسن خادمی‏زاده

استاد مشاور:

دكتر محسن لوح‌موسوی

زمستان 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                                                           صفحه

چکیده 1

فصل اول: مقدمه 2

1-1مقدمه 2

1-2 مروری بر فصول 3

1-3 تاریخچه هیدروفرمینگ و شکل‏دهی گازی 3

1-4 پیشینه کارهای انجام شده از هیدروفرمینگ و شکل‏دهی گازی گرم (اعم از مطالعه‏ی تحلیلی، عددی و تجربی) 4

1-5 اهداف و ویژگی‏های پایان‏نامه 9

فصل دوم: معرفی فرآیند شکل‏دهی گازی گرم و هیدروفرمینگ و پارامترهای موثر در آن 10

2-1 مقدمه 10

2-2 انواع فرآیند‏های تولیدی 11

2-3 فرآیندهای شکل‏دهی فلزات 11

2-4 روش‏های شکل‏دهی لوله‏های فلزی با استفاده از سیال 13

2-5 فرآیند هیدروفرمینگ 13

2-6 تقسیم‏بندی هیدروفرمینگ از نقطه نظر هندسه قطعه 14

2-6-1 هیدروفرمینگ لوله 14

2-6-1-1 تقسیم‏بندی فرآیند هیدروفرمینگ از نقطه نظر چگونگی اعمال فشار 15

2-6-1-1-1 هیدروفرمینگ فشار پایین 15

2-6-1-1-2 هیدروفرمینگ فشار بالا 16

2-6-1-1-3 هیدروفرمینگ فشار مرحله‏ای (تدریجی) 16

2-6-1-1-4 هیدروفرمینگ فشار نوسانی 17

2-6-1-1-5 هیدروفرمینگ دوبل 17

2-6-1-2 مزایا و معایب هیدروفرمینگ لوله 18

2-6-1-2-1 مزایای فرآیند هیدروفرمینگ لوله 18

2-6-1-2-2 معایب فرآیند هیدروفرمینگ لوله 18

2-6-1-3 محدودیت‏های ذاتی فرآیند هیدروفرمینگ لوله 19

2-6-1-4 کاربرد هیدروفرمینگ لوله 20

2-6-1-4-1 کاربرد هیدروفرمینگ لوله در صنعت خودروسازی 20

2-6-1-4-2 کاربرد هیدروفرمینگ لوله در صنایع نظامی 22

2-6-1-4-3 کاربرد هیدروفرمینگ لوله در صنایع هسته‏ای و اتمی 22

2-6-2 فرآیند هیدروفرمینگ پوسته 22

2-6-3 فرآیند هیدروفرمینگ ورق 23

2-7 تاثیر دما در شکل‏دهی فلزات 23

2-7-1 شکل‏دهی گرم 23

2-7-2 شکل‏دهی سرد 24

2-7-3 شکل‏دهی داغ 24

2-8 هیدروفرمینگ در دماهای بالا 24

2-8-1 محاسن هیدروفرمنیگ گرم 25

2-8-2 چالش‏های موجود در هیدروفرمینگ گرم 25

2-9 فرآیند شکل‏دهی گازی 26

2-9-1 برتری فرآیند شکل‏دهی گازی گرم نسبت به هیدروفرمینگ 26

2-10 فرآیند بالج آزاد لوله 27

2-10-1 پارامترهای تاثیر گذار در فرآیند بالج آزاد لوله 28

2-10-1-1 ابعاد لوله و قالب 29

2-10-1-2 جنس لوله 29

2-10-1-3 تاثیر شاخص توان کار سختی 30

2-10-1-4 آماده‏سازی قطعه برای هیدروفرمینگ 30

2-10-1-5 روانکاری و انتخاب روغن مناسب جهت جلوگیری از اصطکاک 31

فصل سوم: طراحی فرآیند مبتنی بر حل تئوریک به کمک نرم افزار متلب 33

3-1 مقدمه 33

3-2 مدل تحلیلی 34

3-3 حل تحلیلی فرآیند بالج آزاد گرم لوله 40

3-3-1 برنامه‏نویسی در نرم افزار متلب 41

3-4 منحنی تنش-کرنش آلیاژ Al6063 41

3-4-1 تعیین ضرایب استحکام و توان کار سختی در دماهای مختلف 43

3-5 فاکتورهای ورودی مورد استفاده در آزمایشات 47

3-5-1 مقادیر پارامترهای ورودی در هر آزمایش 48

فصل چهارم: شبیه‏سازی فرآیند به روش اجزا محدود با استفاده از نرم افزار آباکوس 51

4-1 مقدمه 51

4-2 معرفی  روش اجزا محدود 52

4-3 معرفی نرم افزار آباکوس 53

4-3-1 تاریخچه‏ی نرم افزار آباکوس 53

4-3-2 دیدگاه کلی سیستم اجزا محدود در نرم افزار آباکوس 54

4-3-3 مزایای نرم افزار آباکوس نسبت به نرم افزارهای مشابه 54

4-3-4 تحلیل روش‏های حل صریح و ضمنی در نرم افزار آباکوس 55

4-3-5 حل ضمنی معادله استاتیکی 56

4-3-6 حل صریح معادله دینامیکی 57

4-4 شبیه‏سازی فرآیند بالج آزاد گرم لوله در نرم افزار آباکوس 58

4-4-1 ایجاد لوله در محیط Part 59

4-4-2 تعریف خصوصیات مواد در محیط Property 60

4-4-3 مونتاژ اجزا در محیط Assembly 61

4-4-4 تعریف رویه حل در محیط Step 62

4-4-5 تعریف نوع تماس اجزا در محیط Interaction 63

4-4-6 تعریف شرایط مرزی و بار وارده در محیط Load 64

4-4-6-1 شرایط مرزی لوله و قالب 64

4-4-6-2 اعمال بار جهت شکل‏دهی 65

4-4-7 شبکه‏بندی لوله در محیط Mesh 66

4-4-8 محیط حل مسئله (Job) 66

فصل پنجم: نتایج و بحث 67

5-1 نتایج استخراجی از حل تحلیلی به کمک نرم افزار متلب 68

5-1-1 تاثیر طول محل بالج (L) بر ارتفاع بالج لوله با استفاده از حل تحلیلی 68

5-1-2 تاثیر شعاع خارجی لوله ( ) بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته با استفاده از حل تحلیلی 69

5-1-3 تاثیر  شعاع گوشه قالب ( ) بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته با استفاده از حل تحلیلی 70

5-1-4 تاثیر ضخامت لوله ( ) بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته با استفاده از حل تحلیلی 70

5-1-5 تاثیر توان کار سختی (n) و ضریب استحکام (k) بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته با استفاده از حل تحلیلی 71

5-2 نتایج استخراجی از شبیه‏سازی اجزا محدود به کمک نرم افزار آباکوس 72

5-2-1 تاثیر طول محل بالج (L) بر ارتفاع بالج لوله با استفاده از حل عددی . 72

5-2-2 تاثیر شعاع خارجی لوله ( ) بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته با استفاده از حل عددی 74

5-2-3 تاثیر  شعاع گوشه قالب ( ) بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته با استفاده از حل عددی 75

5-2-4 تاثیر ضخامت لوله ( ) بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته با استفاده از حل عددی 76

5-2-5 تاثیر توان کار سختی (n) و ضریب استحکام (k) بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته با استفاده از حل عددی 77

5-3 اعتبار سنجی حل تحلیلی با حل عددی فرآیند بالج آزاد گرم لوله 78

فصل ششم: نتیجه‏گیری و پیشنهادات 80

6-1 مقدمه 80

6-2 نتیجه‏گیری و جمع‏بندی 80

6-3 پیشنهادات 81

پیوست الف: مراحل شبیه‏سازی اجزا محدود فرآیند بالج آزاد گرم لوله آلومینیومی 83

پیوست ب: کد نویسی حل تحلیلی فرآیند بالج آزاد گرم لوله آلومینیومی در نرم افزار متلب 88

مراجع 89

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست اشکال

شکل                                                                                                                                                              صفحه

شکل 2-1 مراحل هیدروفرمینگ لوله 15

 شکل 2-2 نمونه‌هایی از اجزا بدنه خودرو تولید شده به روش هیدروفرمینگ 21

شکل 2-3 نمونه‏هایی از قطعات موتور و نیروی محرکه‏ی اتومبیل تولید شده به روش هیدروفرمینگ 21

شکل2-4 نمونه‏هایی از اجزاء شاسی اتومبیل تولید شده به روش هیدروفرمینگ 21

شکل 2-5 نمونه‏هایی از قطعات نظامی تولید شده به روش هیدروفرمینگ‌ 22

شکل 2-6 شمایی از لوله‏ی بالج شده 28

شکل 3-1 ابعاد هندسی لوله 35

شکل 3-2 شماتیکی از لوله‏ی بالج شده 37

شکل 3-3 بالج لوله در فشارهای مختلف 40

شکل  3-4 منحنی تنش-کرنش آلیاژ Al6063 42

شکل 3-5 ست کردن مقادیر ماکزیمم و مینیمم منحنی تنش-کرنش در نرم افزار Get Data 42

شکل 3-6 انتخاب نقاط تنش-کرنش آلیاژ Al6063 در دمای 20 43

شکل 3-7 مقادیر تنش-کرنش آلیاژ Al6063 در دمای 20 44

شکل 3-8 انتخاب نقاط تنش-کرش آلیاژ Al6063 در دمای 150 44

شکل 3-9 مقادیر تنش-کرنش آلیاژ Al6063 در دمای 150 45

 

شکل 3-10 انتخاب نقاط تنش-کرنش آلیاژ Al6063 در دمای 250 45

شکل 3-11 مقادیر تنش-کرنش آلیاژ Al6063 در دمای 250 46

شکل 4-1 اجزا مورد استفاده در محیط 3 بعدی 59

شکل 4-2 انتخاب هر سه جزء جهت مونتاژ 61

شکل 4-3 مونتاژ لوله و قالب‏ها 62

شکل 4-4 تماس قالب با لوله‏ها 63

شکل 4-5 محل درگیری لوله و قالب 64

شکل 4-6 اعمال فشار شکل‏دهی به دیواره‏ی لوله 65

شکل 4-7 تعریف فشار شکل‏دهی 65

شکل 4-8 لوله‏ی مش خورده 66

شکل 5-1 تاثیر طول محل بالج بر ارتفاع بالج لوله تغییر شکل یافته (حل تحلیلی) 68

شکل 5-2 تاثیر شعاع خارجی لوله بر ارتفاع بالج لوله تغییر شکل یافته (حل تحلیلی) 69

شکل 5-3 تاثیر شعاع گوشه قالب بر ارتفاع بالج لوله تغییر شکل یافته (حل تحلیلی) 70

شکل 5-4 تاثیر ضخامت لوله بر ارتفاع بالج لوله تغییر شکل یافته (حل تحلیلی) 71

شکل 5-5 تاثیر توان کار سختی و ضریب استحکام بر ارتفاع بالج لوله تغییر شکل یافته (حل تحلیلی) 72

شکل 5-6 تاثیر طول محل بالج بر ارتفاع بالج (حل عددی) 73

شکل 5-7 بالج لوله بترتیب از چپ به راست برای آزمایشات A، B، C 73

شکل 5-8 تاثیر شعاع خارجی لوله بر ارتفاع بالج (حل عددی) 74

شکل 5-9 بالج لوله بترتیب از چپ به راست برای آزمایشات D، E، F 74

شکل 5-10 تاثیر شعاع گوشه قالب بر ارتفاع بالج (حل عددی) 75

شکل  5-11 بالج لوله بترتیب از چپ به راست برای آزمایشات G، H، I 75

شکل 5-12 تاثیر ضخامت لوله بر ارتفاع بالج (حل عددی) 76

شکل 5-13 بالج لوله بترتیب از چپ به راست برای آزمایشات J، K، L 76

شکل 5-14 تاثیر توان کار سختی بر ارتفاع بالج (حل عددی) 77

شکل 5-15 بالج لوله بترتیب از چپ به راست برای آزمایشات M، N، O 77

شکل 5-16 اعتبار سنجی مدل تحلیلی فرآیند با مدل عددی 78

 

 

 

 

 

فهرست جداول

جدول                                                                                                                       صفحه

 جدول 3-1 مقادیر توان کار سختی و ضرایب استحکام در دماهای مختلف 47

جدول 3-2 مقادیر پارامترهای ورودی استفاده شده در هر آزمایش 48

جدول 3-3 تغییر طول محل بالج لوله با ثابت نگه داشتن سایر پارامترها 48

جدول 3-4 تغییر شعاع خارجی لوله با ثابت نگه داشتن سایر پارامترها 49

جدول 3-5 تغییر شعاع گوشه قالب با ثابت نگه داشتن سایر پارامترها 49

جدول 3-6 تغییر ضخامت لوله با ثابت نگه داشتن سایر پارامترها 49

جدول 3-7 تغییر توان کار سختی و ضریب استحکام با ثابت نگه داشتن سایر پارامترها 50

جدول 4-1 خصوصیات مکانیکی آلیاژ Al6063 60

جدول 5-1  ارتفاع  بالج بدست آمده از حل عددی و تحلیلی در فشار Mpa 2 79

 

 

 

 

سمبل‏ها

  فشار داخلی

تنش‌ محیطی لوله

تنش‌ طولی لوله‏

 ضخامت در محل بالج لوله

 شعاع محیطی لوله

شعاع انحنا لوله

 مختصات نقطه‌ی e در جهت R

 مختصات نقطه‌ی e در جهت z

 شعاع کوچک بیضی

 شعاع بزرگ بیضی

 ارتفاع بالج لوله تغییر شکل‏یافته

 تنش موثر

 کرنش موثر

 توان کار سختی

 ضریب استحکام

 ضخامت لوله

 ضخامت در محل بالج لوله

کرنش در جهت ضخامت لوله

کرنش محیطی لوله

 طول محل بالج لوله

 شعاع خارجی لوله

 شعاع گوشه قالب

 

چکیده

امروزه باتوجه به نیاز قطعات با استحکام بالا و وزن پایین، روش ساخت قطعات اهمیت پیدا کرده است. شکل‏دهی گازی گرم[1]،  فرایند نوینی است که به دلیل حذف عملیات جانبی مانند جوشکاری، وزن کلی قطعات کاهش یافته، استحکام افزایش و در نهایت زمان تولید کاهش می‏یابد.  به دلیل محدود بودن بازه‏ی فشار داخلی سیال (فشار شکل‏دهی) و سهولت در جریان مواد در فرایند شکل‏دهی گازی، نیاز به حرارت‏دهی لوله شکل‏دهی[2] که در نهایت منجر به بالج موفق شود اهمیت پیدا می‏کند. در این فرایند بجای فشار سیال آب یا روغن درون لوله که در نهایت منجر به شکل‏دهی آن می‏شود، از فشار هوا جهت شکل‌دهی قطعه استفاده می‏شود. در بالج آزاد[3] گرم لوله، حرارت‏دهی در محل بالج لوله در حین فرایند انجام می‏شود.

در این پژوهش برای اولین بار حل تحلیلی و عددی فرایند بالج آزاد گرم لوله، به منظور بررسی تاثیر پارامترهای ورودی مهم فرایند نظیر ضخامت لوله، طول محل بالج لوله، شعاع خارجی لوله، شعاع گوشه‏ی قالب، توان کارسختی و ضریب استحکام بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل‏یافته به عنوان یکی از کلیدی‏ترین فاکتورهای خروجی انجام شد. همچنین فشار شکل‏دهی که منجر به بالج لوله می‏شود فشار هوا می‏باشد. در این پایان‌نامه به کمک روش‌های تئوری و معادلات حاکم بر شکل‌دهی فلزات به تاثیر پارامترهای ورودی مذکور بر ارتفاع بالج لوله‏ا‏ی از جنس آلیاژ آلومینیوم  پرداخته شد. سپس با تحلیل روابط ریاضی و برنامه‏نویسی آن در قالب نرم‌افزار متلب[4] به استخراج نمودارهای حاصله پرداخته شد. پس از آن  شبیه‏سازی اجزا محدود[5] فرایند به کمک نرم افزار آباکوس[6] ارائه شد.

نتایج حاصل از حل تئوری و شبیه‏سازی اجزا محدود فرایند نشان می‏دهد که افزایش مقادیر طول محل بالج لوله، شعاع خارجی لوله و توان کارسختی ماده باعث افزایش ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته می‏شود. از طرفی افزایش مقادیر ضخامت لوله و شعاع گوشه قالب باعث کاهش ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل‏یافته می‏شود. همچنین نتایج حاصل از حل تحلیلی تقارب قابل قبولی با نتایج حاصل از حل عددی داشت.

واژه‌های کلیدی: شکل‌دهی گازی گرم – حل تئوری –  شبیه‌سازی اجزا محدود –  فشار داخلی سیال – ارتفاع بالج

 

 

 

 

 

 

 

فصل اول: مقدمه

1-1مقدمه

با پیشرفت روز افزون تکنولوژی و رقابت بازار تجارت، صنایع خودروسازی به سمت کاهش هزینه و زمان تولید، تولید محصولات سبک‏تر، کم مصرف‌تر با کیفیت بالا و سیستم انعطاف پذیر تولید روی آورده‌اند، به همین دلیل استفاده از فرایندهای تولید پیشرفته مانند هیدروفرمینگ[7] و شکل‏دهی گازی گرم در کانون توجه صنعت‏گران قرار گرفته است. این روش بر پایه‏ی فرم‏دهی قطعات توخالی با حداقل مراحل ممکنه بنا نهاده شده است. امروزه روش‏های مذکور کاملا پیشرفته و موفق برای ساخت قطعات پیچیده به حساب می‏آید. موفقیتی که این روش تولید را از دیگر روش‏های شکل‌دهی برتری می‏دهد کیفیت سطح عالی و دقت بالای قطعات تولیدی است که متاثر از فشار هیدرولیکی سیالات بجای استفاده از ابزار  صلب می‏باشد. اساس کار در هیدروفرمینگ لوله بدین صورت است که با اعمال فشار داخلی سیال و تغذیه محوری بر لوله‌ی خام، شکل‏دهی صورت گرفته لذا لوله‌ی مذکور به واسطه‌ی درگیری با سطح قالب به فرم موردنظر می‌رسد.کلیات شکل‏دهی لوله با فشار گاز به مانند شکل‌دهی با فشار آب می‏باشد، اما از نظر بازه‏ی فشار شکل‏دهی، حرارت‏دهی و چندین فاکتور دیگر تفاوت‏هایی با روش هیدروفرمینگ دارد که در فصول بعد بطور مفصل به بررسی این دو فرایند پرداخته می‏شود.

[1] Hot Metal Gas forming

[2] Forming

[3] Free Bulge

[4] Matlab

[5] Finite Element Simulation

[6] Abaqus

[7] Hydroforming

تعداد صفحه : 107

قیمت : 14700تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***